Měsíc možná vznikl jen několik hodin po obří srážce

Nové simulace naznačují, že Měsíc mohl vzniknout téměř okamžitě po obří srážce, a nikoliv pomalu z disku trosek. Měsíc je na poměry malé kamenné planety, jakou je Země, nezvykle velkým průvodcem. Před zhruba 4,5 miliardami let narazilo do mladé Země těleso velikosti Marsu, zvané Theia. Z trosek vzniklých při této srážce se postupně zformoval Měsíc, který dnes vidíme na obloze.

Nové počítačové simulace naznačují, že slovo „pomalu“ nemusí být přinejmenším pro některé verze tohoto scénáře tím pravým. Za příznivých podmínek se Měsíc mohl zformovat v celistvé těleso zhruba do pěti hodin po srážce. Nová studie odhaluje, že o výsledku rozhodl faktor, který dřívější modely opomíjely: chovaly se srážející se planety jako pevná hornina, nebo jako kapalina? Nové simulace vytvořili vědci z institutu Southwest Research Institute (SwRI) a Arizonské univerzity.

„Zjistili jsme, že zásadní roli hraje geologická stavba onoho impaktního tělesa o velikosti Marsu,“ uvedla Adeene Dentonová, bývalá postdoktorandka z Laboratoře pro výzkum Měsíce a planet (Lunar and Planetary Laboratory), která nyní působí v SwRI. „Pokud při simulaci srážky Země a Měsíce zohledníme geologické vlastnosti těchto těles, změní se způsob, jakým Měsíc v důsledku nárazu vzniká – což je faktor, který jsme dříve považovali za nepodstatný.“

Starší modely počítaly s roztavením hornin
Klíčová studie z roku 2001, která se zabývala scénářem obřího impaktu a v jejímž čele stáli Robin Canupová a Erik Asphaug, představila verzi tohoto příběhu, kterou zná většina lidí. Srážka s tělesem Theia menší objekt zcela zničila a její trosky rozptýlila do disku kolem Země. Z tohoto disku se následně zformoval Měsíc.

Asphaug je nyní profesorem v Lunární a planetární laboratoři a je také spoluautorem nové studie. Pomohl vytvořit tento původní obraz. Ale tato i všechny od té doby vzniklé verze sdílely jeden předpoklad: takto prudká srážka by roztavila nebo vypařila tolik z obou planet, že by jejich pevnost jako pevné horniny nevydržela.

„Protože srážka byla považována za dostatečně prudkou, aby roztavila a vypařila velké části Země a Theie, předchozí články předpokládaly, že je v pořádku je aproximovat jako tekutiny,“ řekl Asphaug. „Na základě našich nových výsledků si však myslíme, že je čas to přehodnotit.“

Trik vypůjčený z menších světů
Dentonová dostala nápad otestovat tento předpoklad při práci na dřívějším článku o tom, jak vzniklo Pluto a Charon.

„Ukazuje se, že pevnost materiálu je při zkoumání srážek menších těles, jako jsou asteroidy, trpasličí planety a měsíce, skutečně důležitá,“ uvedla Dentonová. „Nebyli jsme si jistí, zda to bude mít vliv i v případě našeho Měsíce. Když jsme však provedli simulace, zjistili jsme, že na tom záleží docela dost.“

Její tým proto vytvořil nový typ počítačového modelu. Namísto toho, aby se Země a Theia od počátku chovaly jako kapalina, model zohledňuje jejich odolnost vůči deformaci a drobení – tedy vlastnosti, jaké by vykazovaly skutečné horniny.

O výsledku srážky rozhodlo teplo
Žhavější materiál je méně pevný než materiál chladnější. Ukázalo se, že právě to hraje zásadní roli. Výsledek srážky, která vedla ke vzniku Měsíce, do značné míry závisí na tom, jak vysoká byla původní teplota obou srážejících se těles.

Za určitých podmínek vzniká kolem Země disk trosek, který se postupně shlukuje v Měsíc – to je ta klasická představa. Jiné scénáře vedou ke vzniku zcela celistvého Měsíce během pouhých několika hodin.

„V závislosti na tom, jak horká jsou Země a Theia před srážkou, může náraz zničit Theiu a vytvořit onen mohutný disk trosek, z něhož se nakonec zformuje Měsíc,“ uvedla Dentonová. „Když jsme však použili stejné parametry jako u původních modelů srážky – včetně shodného teplotního rozložení uvnitř obou těles – vznikl během zhruba pěti hodin celistvý Měsíc.“

Mladé planety jsou zpočátku horké a postupem času chladnou. Načasování této obří srážky by tedy mohlo rozhodnout o tom, jaký typ Měsíce z ní vznikne. Dřívější srážka za vyšších teplot naznačuje vznik Měsíce téměř okamžitě. Pozdější srážka při nižších teplotách zase ukazuje na pomalejší proces, který popisuje většina učebnic.

Jedna zapeklitá záhada zůstává nevyřešena
Nová práce nevysvětluje jeden z nejstarších problémů lunární vědy: proč mají Země a Měsíc tak podobné složení, když by disk tvořený převážně materiálem tělesa Theia měl vést k tomu, že by Měsíc připomínal spíše toto impaktní těleso? Dentonová nabídla možnou odpověď: Theia a proto-země mohly vzniknout ve stejné části Sluneční soustavy.

„Protože Země a Mars vznikly ve stejném sousedství Sluneční soustavy, jsou jako sourozenci,“ uvedla Dentonová. „Měsíc a Země jsou spíše jako dvojvaječná dvojčata.“

Robin Canupová, viceprezidentka divize pro vědu a průzkum Sluneční soustavy v institutu SwRI, se na této nové studii nepodílela. „Tyto překvapivé a vzrušující nové výsledky naznačují možnou souvislost mezi současnými fyzikálními vlastnostmi Měsíce – včetně možného obsahu těkavých látek – a tepelným stavem Země a tělesa Theia v době obří srážky,“ uvedla.

Namya Baijalová, doktorandka v Asphaugově týmu a spoluautorka studie, s tím souhlasila. „Nyní víme, že geofyzikální stav Země a Theie hraje zásadní roli při určování výsledku této srážky,“ řekla.

Stále není jasné, který scénář – zda okamžitý vznik Měsíce, nebo pomalé formování disku – se před 4,5 miliardami let skutečně odehrál. „To by zase mohlo vědcům pomoci lépe určit, kdy k události vedoucí ke vzniku Měsíce došlo,“ uvedla Canupová.

Celá studie byla zveřejněna v časopise The Astrophysical Journal Letters.

Zdroj: https://www.earth.com/space/earths-moon-may-have-formed-nearly-whole-just-hours-after-a-giant-crash/

autor: František Martinek